医用画像

医療画像診断では、2種類の放射線画像が使用されています。投影放射線撮影と透視撮影で、後者はカテーテル誘導に有用です。これらの2D技術は、低コスト、高解像度、そして用途によっては放射線被ばく量が少ないことから、3D断層撮影の進歩にもかかわらず、依然として広く使用されています。この画像診断法は、画像取得に広範囲のX線ビームを使用し、現代医学で利用可能な最初の画像診断技術です。

• 透視検査は、レントゲン撮影と同様の方法で体内の構造をリアルタイムで画像化しますが、より低い線量率で一定のX線を照射します。バリウム、ヨウ素、空気などの造影剤を使用して、臓器の働きを可視化します。透視検査は、処置中に継続的なフィードバックが必要な場合、画像誘導手術にも使用されます。放射線が対象領域を通過した後、それを画像に変換するには画像受容体が必要です。初期の頃は蛍光スクリーンが使用されていましたが、その後、受信端にヨウ化セシウムを塗布し、反対側にミラーを備えた大型真空管である画像増幅器（IA）に取って代わられました。最終的に、ミラーはテレビカメラに置き換えられました。
• 投影レントゲン写真（一般的にはX線写真として知られています）は、骨折の種類や程度を判断するため、また肺の病理学的変化を検出するためによく用いられます。バリウムなどの造影剤を使用することで、胃や腸の構造を可視化することも可能になり、潰瘍や特定の種類の大腸がんの診断に役立ちます。

磁気共鳴画像診断装置（MRIスキャナー）、または元々は「核磁気共鳴（NMR）画像診断」スキャナーとして知られていた装置は、強力な磁石を使用して人体組織内の水分子の水素原子核（つまり単一のプロトン）を偏極および励起し、空間的に符号化された検出可能な信号を生成して、体の画像を作成します。^{[ 11 ]} MRI装置は、水分子の水素原子の共鳴周波数で無線周波数（RF）パルスを発信します。無線周波数アンテナ（「RFコイル」）は、検査対象の体の領域にパルスを送信します。RFパルスはプロトンに吸収され、主磁場に対するプロトンの方向が変化します。RFパルスがオフになると、プロトンは主磁石との整列に「緩和」し、その過程で電波を放出します。水上の水素原子からのこの無線周波数放出が検出され、画像に再構成されます。回転する磁気双極子（陽子はその一例）の共鳴周波数はラーモア周波数と呼ばれ、主磁場の強度と対象となる原子核の化学環境によって決まります。MRIは3つの電磁場を使用します。水素原子核を偏極させるための非常に強い（通常1.5～3テスラ）静磁場（主磁場と呼ばれる）、空間エンコーディングのために空間と時間で変化させることができる勾配磁場（1kHz程度）（単に勾配と呼ばれることが多い）、そして水素原子核を操作して測定可能な信号を生成するための空間的に均一な無線周波数（RF）磁場（RFアンテナを通して収集される）。

CTと同様に、MRIは従来、体の薄い「スライス」の2次元画像を生成するため、断層撮影法の一種とみなされています。最新のMRI装置は3Dブロックの形で画像を生成することができ、これは単一スライス断層撮影の概念を一般化したものと考えることができます。CTとは異なり、MRIは電離放射線を使用しないため、CTと同様の健康被害は伴いません。例えば、MRIは1980年代初頭から使用されているため、強力な静磁場への曝露による長期的な影響は知られていません（これについては議論の余地があります。MRI § 安全性を参照）。そのため、 X線やCTとは異なり、個人が受けるスキャン回数に制限はありません。ただし、RF磁場への曝露による組織の加熱や、ペースメーカーなどの体内埋め込み型医療機器の存在に関連する健康リスクは明確に認識されています。これらのリスクは、装置の設計やスキャンプロトコルの一部として厳密に管理されています。

CTとMRIは異なる組織特性に感度があるため、2つの技術で得られる画像の見た目は大きく異なります。CTでは、画像を作成するためにX線を何らかの密度の高い組織で遮断する必要があるため、軟部組織を観察する際の画像品質は悪くなります。MRIでは、正味の核スピンを持つ任意の原子核を使用できますが、水素原子の陽子は、遍在し、大きな信号を返すため、特に臨床現場で最も広く使用されています。水分子に存在するこの原子核により、MRIで達成可能な優れた軟部組織コントラストが可能になります。^{[ 12 ]}

特定の MRI 診断画像 (マルチパラメトリック MRI または mpMRI) には、さまざまなパルス シーケンスを使用できます。求める情報に応じて、次の画像シーケンスの 2 つ以上を組み合わせることで、組織特性を区別できます。T1 強調 (T1-MRI)、T2 強調 (T2-MRI)、拡散強調画像 (DWI-MRI)、ダイナミック コントラスト エンハンスメント (DCE-MRI)、およびスペクトロスコピー (MRI-S)。たとえば、前立腺腫瘍の画像化は、T2 強調画像のみよりも T2-MRI と DWI-MRI を使用した方がうまくできます。^{[ 13 ]}さまざまな臓器の疾患を検出するための mpMRI の応用数は、肝臓の研究、乳腺腫瘍、膵臓腫瘍、および癌腫瘍に対する血管破壊剤の影響の評価など、拡大し続けています。 ^{[ 14 ] [ 15 ] [ 16 ]}

核医学は、診断画像と疾患の治療の両方を含み、分子医学または分子イメージングおよび治療とも呼ばれることがあります。^{[ 17 ]}核医学は、同位体の特定の特性と放射性物質から放出される高エネルギー粒子を使用して、さまざまな病理を診断または治療します。解剖学的放射線学の典型的な概念とは異なり、核医学は生理学の評価を可能にします。この機能に基づく医学的評価のアプローチは、腫瘍学、神経学、心臓病学など、ほとんどの専門分野で有用な応用があります。ガンマカメラとPETスキャナーは、たとえばシンチグラフィー、SPECT、PETで使用され、疾患に関連する可能性のある生物学的活動領域を検出します。99mTcなどの比較的半減期の短い同位体が患者に投与されます。^同位体は、体内の生物学的に活性な組織に優先的に吸収されることが多く、骨の腫瘍や骨折点を特定するために使用できます。画像は、平行光子が光信号を発する結晶によって検出され、その信号が増幅されて計数データに変換された後に取得される。

• シンチグラフィー（「シンチ」）は、放射性同位元素を体内に、例えば静脈注射や経口投与する診断検査の一種です放射性医薬品から放出される放射線を捉え、二次元画像^{を形成します[ 18 ] 。}
• SPECTは、多くの投影からのガンマカメラデータを使用し、異なる平面で再構成できる3D断層撮影技術です。機能的なSPECTデータの局所化を提供するCTスキャナと組み合わせたデュアル検出器ヘッドガンマカメラはSPECT-CTカメラと呼ばれ、分子イメージングの分野を進歩させる上で有用であることが示されています。他のほとんどの医療画像診断法では、エネルギーが体内を通過し、反応または結果が検出器によって読み取られます。SPECTイメージングでは、患者に放射性同位元素が注射され、最も一般的にはタリウム201TI、テクネチウム99mTC、ヨウ素123I、ガリウム67Gaが使用されます。 ^{[ 19 ]}これらの同位元素の自然崩壊プロセスが起こると、放射性ガンマ線が体内から放出されます。ガンマ線の放出は、体を囲む検出器によって捕捉されます。これは基本的に、X線やCTなどの医療画像診断装置ではなく、人間が放射能の発生源であることを意味します。
• 陽電子放出断層撮影（PET）は、同時検出法を用いて機能過程を画像化します。18Fなどの短寿命陽電子放出同位体をグルコースなどの有機物質と結合させ、代謝利用のマーカーとして使用できる18F-フルオロデオキシグルコースを生成^します。全身の放射能分布画像からは、腫瘍、転移、感染症など、急速に増殖する組織が確認できます。PET画像は、解剖学的相関関係を特定するために、コンピュータ断層撮影（ CT）スキャンと比較することができます。最新のスキャナーではPETが統合されており、 PET-CTやPET-MRIによって陽電子イメージングに伴う画像再構成を最適化できます。これは、患者をガントリーから物理的に移動させることなく、同じ装置で実施されます。機能画像と解剖学的画像情報を組み合わせたこのハイブリッド画像は、非侵襲的な診断と患者管理において有用なツールとなります。

基準マーカーは、医療画像アプリケーションで幅広く使用されています。2つの異なる画像システムで生成された同じ被写体の画像は、両方のシステムで撮影された領域に基準マーカーを配置することで相関させることができます（画像レジストレーションと呼ばれます）。この場合、両方の画像モダリティで生成された画像で見えるマーカーを使用する必要があります。この方法により、SPECTまたは陽電子放出断層撮影からの機能情報を、磁気共鳴画像法（MRI）によって提供される解剖学的情報と関連付けることができます。^{[ 20 ]}同様に、MRI中に確立された基準点は、脳磁図によって生成された脳画像と相関させて、脳活動の発生源を特定することができます。

医療用超音波は、メガヘルツ帯の高周波広帯域音波を使用し、組織によってさまざまな程度に反射されて（最大3D）画像を生成します。これは一般的に妊婦の胎児の画像化に関連付けられています。しかし、超音波の用途ははるかに広範です。その他の重要な用途には、腹部臓器、心臓、乳房、筋肉、腱、動脈、静脈の画像化が含まれます。CTやMRIなどの技術よりも解剖学的詳細度は低いかもしれませんが、多くの状況で理想的な利点がいくつかあります。特に、動いている構造の機能をリアルタイムで研究できること、電離放射線を放出しないこと、エラストグラフィに使用できるスペックルが含まれていることなどが挙げられます。超音波は、組織特性評価や新しい画像処理技術の実装を目的として、超音波研究インターフェースを介して利用できる生データを取得するための一般的な研究ツールとしても使用されています。超音波の概念は、音波の送信と受信によって動作するという点で、他の医療画像診断法とは異なります。高周波音波が組織に送られ、異なる組織の構成に応じて、信号は減衰し、異なる間隔で戻ってきます。多層構造における反射音波の経路は、入力音響インピーダンス（超音波音波）と、関連構造の反射係数および透過係数によって定義できます。^{[ 19 ]}非常に安全に使用でき、悪影響を引き起こすようには見えません。また、比較的安価で迅速に実行できます。超音波スキャナは、集中治療室の重篤な患者に持ち込むことができ、患者を放射線科に移動する際に生じる危険を回避できます。取得されたリアルタイムの動画像は、ドレナージおよび生検手順のガイドに使用できます。最新のスキャナのドップラー機能により、動脈および静脈の血流を評価できます。

エラストグラフィは、軟部組織の弾性特性をマッピングする比較的新しい画像診断法です。この方法は過去 20 年間に登場しました。エラストグラフィは、弾性によって特定の臓器/腫瘍の健康な組織と不健康な組織を区別できるため、医療診断に役立ちます。たとえば、癌性腫瘍は周囲の組織よりも硬いことが多く、病気の肝臓は健康な肝臓よりも硬くなります。^{[ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ]}超音波、磁気共鳴画像法、触覚画像法の使用に基づくエラストグラフィ技術がいくつかあります。超音波エラストグラフィの幅広い臨床使用は、臨床用超音波装置への技術の実装の結果です。超音波エラストグラフィの主な分野には、準静的エラストグラフィ/歪みイメージング、せん断波弾性イメージング(SWEI)、音響放射力インパルスイメージング(ARFI)、超音波せん断イメージング(SSI)、過渡エラストグラフィなどがあります。^{[ 22 ]}過去10年間、エラストグラフィの分野での活動は着実に増加しており、医療診断や治療モニタリングのさまざまな分野でこの技術が成功裏に応用されていることが示されています。

光音響イメージングは​​、光音響効果に基づいた、近年開発されたハイブリッド型の生体医用イメージング手法です。光吸収コントラストの利点と超音波空間分解能を組み合わせることで、（光学的）拡散または準拡散領域における深部イメージングを実現します。近年の研究では、光音響イメージングは​​生体内で腫瘍血管新生モニタリング、血液酸素化マッピング、脳機能イメージング、皮膚メラノーマ検出などに利用できることが示されています。

断層撮影とは、断面または切断による画像化のことである。医用画像診断における主な断層撮影法は以下のとおりである。

• X線コンピュータ断層撮影（CT）、またはコンピュータ軸断層撮影（CAT）スキャンは、らせん断層撮影技術（最新世代）であり、従来は体の薄い断面の構造の2D画像を生成します。CTでは、X線ビームが検査対象物の周りを回転し、複数の角度から対象物を透過した後、高感度放射線検出器によって検出されます。コンピュータは、スキャナの検出器から受け取った情報を分析し、ラドン変換で規定された数学的原理を使用して、対象物とその内容物の詳細な画像を構築します。投影放射線撮影よりも電離放射線の線量負荷が大きいため、健康への影響を避けるために繰り返しのスキャンは制限する必要があります。CTはX線投影と同じ原理に基づいていますが、この場合、患者は500～1000個のシンチレーション検出器が割り当てられた検出器の周囲のリングで囲まれます^{[ 19 ]}（第4世代X線CTスキャナのジオメトリ）。従来型のスキャナーでは、X線ビームは移動する光源と検出器によって構成されていました。しかし、X線断層撮影においては、焦点面断層撮影はコンピュータ断層撮影にほぼ完全に取って代わられました。

• 陽電子放出断層撮影（PET）は、コンピュータ断層撮影（ PET-CT）や磁気共鳴画像法（PET-MRI）と併用されることもある。^{[ 25 ]}
• 磁気共鳴画像法（MRI）は、一般的に身体の断面の断層画像を生成します。（本記事のMRIに関する別のセクションを参照してください。）

超音波を用いて心臓を画像化することを心エコー図と呼びます。心エコー図では、心腔の大きさ、心臓の機能、心臓弁、心膜（心臓を包む袋）など、心臓の詳細な構造を見ることができます。心エコー図では、2D、3D、ドップラーイメージングを使用して心臓の画像を作成し、4つの心臓弁それぞれを通過する血液の流れを可視化します。心エコー図は、息切れや胸痛などの症状を呈する患者から、がん治療を受けている患者まで、幅広い患者に広く使用されています。経胸壁超音波は、乳幼児から高齢者まで、あらゆる年齢の患者にとって安全であることが証明されており、有害な副作用や放射線のリスクがなく、他の画像診断法とは異なります。心エコー図は、携帯性と多様な用途での使用により、世界で最も一般的に使用されている画像診断法の1つです。緊急時において、心エコー検査は迅速で容易に実施でき、ベッドサイドで行えるため、多くの医師にとって第一選択の検査法となっている。

FNIRは比較的新しい非侵襲的な画像診断技術です。NIRS （近赤外分光法）は機能的神経画像診断の目的で使用され、脳画像診断技術として広く受け入れられています。^{[ 26 ]}

超常磁性酸化鉄ナノ粒子を用いた磁気粒子イメージング（MPI）は、超常磁性酸化鉄ナノ粒子の追跡に用いられる開発途上の診断画像技術です。主な利点は、高い感度と特異性、そして組織深度による信号減衰がないことです。MPIは、心血管機能、神経灌流、細胞追跡などの画像化に医学研究で用いられています。

DICOM（ Digital Imaging and Communication in Medicine）規格は、医療画像の保存、交換、送信に世界中で使用されています。DICOM規格には、X線撮影、コンピュータ断層撮影（CT）、磁気共鳴画像法（MRI）、超音波、放射線療法などの画像技術のプロトコルが組み込まれています。^{[ 49 ]}

医用画像処理技術は、特にCT、MRI、PETモダリティから非常に大量のデータを生成します。そのため、圧縮を使用しないと電子画像データの保存と通信は不可能になります。^{[ 50 ] [ 51 ]} DICOM規格では、医用画像の保存と送信にJPEG 2000画像圧縮が使用されています。低帯域幅またはさまざまな帯域幅で大規模な画像データセットにアクセスするコストと実現可能性は、 JPEG 2000で圧縮された画像データの効率的なストリーミングを可能にするJPIPと呼ばれる別のDICOM規格を使用することでさらに対処されます。

オンプレミスのPACSからクラウドベースのPACSへの移行が進んでおり、クラウドベースのPACSは生成AIやその他のツールを提供することで、より高い忠実度と分析で診断精度を向上させることができるが、バイアスや解釈に関する未解決の問題は2025年現在も残っている。^{[ 52 ]}

米国著作権局実務便覧の第300章によれば、「著作権局は、人間の著作者による創造的な入力や介入なしにランダムまたは自動的に動作する機械または単なる機械的プロセスによって作成された作品を登録しない」とされており、これには「X線、超音波、磁気共鳴画像、またはその他の診断機器によって作成された医療画像」も含まれる。^{[ 72 ]}この立場は、写真に与えられる広範な著作権保護とは異なる。著作権便覧は機関の法令解釈であり法的拘束力はないが、裁判所はそれが合理的だと判断すれば尊重する可能性が高い。^{[ 73 ]}しかし、X線画像の著作権の可能性の問題に直接対処した米国の連邦判例はない。

デリバティブ

派生著作物という用語の詳細な定義は、米国著作権法第17編 第101条に規定されている。  

「二次的著作物」とは、翻訳、美術複製、要約、縮約、その他著作物を再構成、変形、翻案するあらゆる形態など、一つまたは複数の既存の著作物に基づく著作物をいう^。編集上の修正、注釈、加筆、その他の変更から成り、全体としてオリジナルの著作物を構成する著作物は、「二次的著作物」である。

 米国法典第17編第103条(b)項は次のように規定している。  

編集著作物または二次的著作物の著作権は、当該著作物の著作者が提供した素材にのみ及び、当該著作物に用いられた既存の素材とは区別され、既存の素材に対する排他的権利を意味するものではありません。当該著作物の著作権は、既存の素材に対する著作権保護とは独立しており、その範囲、期間、所有権、または存続に影響を与えたり、拡大したりするものではありません。

ドイツでは、X線画像、MRI、医療用超音波、PET、シンチグラフィー画像は、（著作権に類似した）関連権または隣接権によって保護されています。^{[ 74 ]}この保護は（通常の著作権保護に必要な）創造性を必要とせず、画像の作成後50年以内に公開されない場合は50年間、または最初の正当な公開後50年間のみ有効です。^{[ 75 ]}法律の条文では、この権利は「Lichtbildner」（画像の作成者） ^{[ 76 ]} 、つまり画像を作成した人に与えられています。文献では、医師、歯科医、獣医師が権利者であると一貫して考えられているようですが、これはドイツでは多くのX線検査が外来で行われているという状況によるものかもしれません。

英国で作成された医療画像は、通常、「骨とさまざまな軟部組織のコントラストを示すために、高品質のX線を作成するには高度なスキル、労力、判断力が必要」であるため、著作権によって保護されます。^{[ 77 ]}放射線技師協会は、この著作権は雇用主が所有していると考えています（放射線技師が自営業者でない限り。ただし、その場合でも、契約で病院に所有権を移転する必要があるかもしれません）。この著作権所有者は、著作権の所有権を放棄することなく、希望する人に特定の許可を与えることができます。したがって、病院とその従業員は、医療に必要なさまざまな目的で、そのような放射線画像を使用する許可を与えられます。病院に雇用されている医師は、契約で、患者情報を執筆した雑誌や書籍に掲載する権利を与えられます（匿名にすることを条件とします）。患者は、自分の画像を「好きなように扱う」許可を与えられる場合もあります。

スウェーデンのサイバー法では、「写真は写真作品または写真画像として保護される。前者はより高いレベルの独創性を必要とするが、後者はアマチュアが撮影したものや医学または科学分野で撮影されたものも含め、あらゆる種類の写真を保護する。保護には、デジタルカメラやレーザー技術で作成されたホログラムを含む、何らかの写真技術の使用が必要である。2種類の作品の違いは保護期間であり、写真作品の場合は著作者の死後70年であるのに対し、写真画像の場合は写真が撮影された年から50年である。」と規定されている。^{[ 78 ]}

医療画像は「写真」の範囲に含まれる可能性があり、米国では「MRI画像、CTスキャンなどは写真に類似している」と述べている。^{[ 79 ]}